化工原理實驗理論課講義

1、2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）1介紹1.1化工原理實驗簡介1.1.1單獨設課的實驗課。1.1.2課程名稱：化工原理實驗1.1.3實驗課教材：化工基礎實驗 天津大學 面向21世紀教材化工原理實驗指導沈陽化工學院1.1.4學時、學分總學時:48總學分:2講課學時：4實驗學時:40實驗包括：8個實驗46學時/個實驗 3238學時演示實驗2學時計算機仿真實驗28學時1.1.5包括的實驗各專業(yè)不完全相同，對應于理論課中的8個單元操作?；I(yè)7個實驗：流體輸送，流體阻力，過濾；下學期：傳熱，精餾，吸收，干燥。綜合與非綜合1.1.6課程簡介元藥、刖引導學生利用化學工程技術與設備

2、，實驗方法學，現(xiàn)代測控原理等理論知識分析和設計化工過程單 操作實驗，以達到全面提高學生的實驗能力、實踐能力的目的。本課程適用對象為化學工程與工藝、制 材料、應用化學、環(huán)境、生物、安全工程、化工機械裝備、化工儀表及自動化等專業(yè)三年級的本科生。 緒課程為化工原理、物理化學、電工基礎、儀表等。1.1.7實驗課的地位、作用和目的化工原理實驗課與化工原理課一樣是化工教育中的重要環(huán)節(jié)。它們之間是相輔相成的，共同承擔起 養(yǎng)高素質化工人才的重任?；ぴ韺嶒炚n的教育以實驗設計方法、設計思路、實驗手段的合理運用為 要內容，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，在實驗教學中培養(yǎng)學生的實驗技能和科學研究能力，進而提高學 的創(chuàng)新

3、能力。1.2實驗課的作用實驗課的作用、任務、本實驗課的特點進入知識經濟的時代，國家、集體、個人財富的來源主要是知識、信息和智力。求知的途徑除了書 計算機網絡外，主要是從事科學實驗。1.2.1有助于與理論結合相輔相承理論是學習實驗的基礎，實驗促進對理論的理解1.2.2鍛煉動手及思考的能力包括按程序操作的能力太空，采集數(shù)據(jù)的能力如何得到更準確的數(shù)據(jù)?；驹O備的了解，基本操作的掌握。1.2.3分析和處理數(shù)據(jù)的能力1.2.4合作精神相互配合。1.2.5是理論到實踐的一條途徑了解為什么要這樣。（水封）目實學、 手， 驗化工原理實驗包括對各單元操作試驗，同時增設計算機數(shù)據(jù)采集（傳熱實驗）和計算機仿真實驗，

4、 的是擴展實驗內容。實驗課從形式到內容多樣化、生動活潑。實驗前要搞清試驗裝置及儀表的基本原理和操作方法。在 驗過程中、處理數(shù)據(jù)過程中、分析實驗結果時都會遇到各種各樣的問題。這些問題涉及知識面廣，有化 化工方面的；電工、電子方面的；數(shù)學方面的；物理、機械方面的，有理論問題；有實際問題，既要動 又要動腦；既要分析問題，又要解決問題。要提高心理素質和思想素質，增加對科學問題及對工作、實2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）的責任感，能與他人合作共事，辦事有條有理、嚴肅認真、實事求是、勤奮好學、敢于創(chuàng)新。以丁二烯氧化制順酐為例說明工程概念的重要性。以精餾塔底設計不周造成塔釜采出離心

5、泵發(fā)生氣縛、 氣蝕為例說明解決工程問題的重要性。不論什么方面的工作，實驗都有用人文方面的調查，統(tǒng)計，工廠數(shù)據(jù)的處理，報表，分析報告1.3特點1.3.1工程性實驗與理科的實驗不同，更接近于實際生產過程，與實際生產過程的單元操作十分接近1體積和大小，2操作，3,儀表（有一些基本直接就是生產用設備）。實驗室與工程的不同（放大的問題），理與工的問題（可能與可行）。1.3.2驗證型實驗不是研究型實驗目標是驗證學習的理論課內容。1.4要求和希望為什么工作方面有用，與使用實驗培養(yǎng)有關實驗是寶貴的機會。從價格上說很貴，從實踐上說機會少。多觀察，多思考。結合實際學習工程。實際工程中的小問題。1.5實驗理論課主要

6、內容實驗基本內容及要求實驗誤差估算與分析實驗數(shù)據(jù)處理實驗設計方法實驗參數(shù)測量方法1.6本課程的重要性不會重復進行講解。學習方法和重要性：在實驗中要用到本課程中的內容。關系到是否通過實驗課考研中會有實驗內容。2實驗及要求2.1實驗過程要求2.1.1實驗安排班長或科代表負責，與實驗室聯(lián)系。2.1.2預習實驗前預習及實驗報告的書寫要求參考化工基礎實驗附錄1.實驗預習認真閱讀實驗指導書，明確本實驗的目的、實驗內容及注意事項。明確本實驗的具體任務；研究實驗的做法；理論依據(jù)是什么；測試哪些數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)變化的規(guī)律是 么。設備的構造、儀表種類、安裝位置、設備啟動方法、儀器使用方法、設備流程特點。擬定實驗方案、操

7、作條件、操作順序、設備啟動程序、如何調整操作條件、實驗數(shù)據(jù)如何布點。要記錄哪些實驗數(shù)據(jù)及觀察哪些實驗現(xiàn)象。原始數(shù)據(jù)記錄表格要事先做好。（已印刷在書上）2.1.3參加實驗準時參加，帶好筆紙，計算器等。出席問題2.1.4檢查預習及提問2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）一 一 了解掌握情況。作為成績中的一項。2.1.5實驗講解，需要認真聽，涉及人身安全、設備安全及數(shù)據(jù)的質量。2.1.5.1分組實驗按教師要求進行分組。4-5人一組，分工負責，不要只少部分人參加工作。2.1.5.2實驗操作注意分點：等差，等比，如何進行計算。調節(jié)的注意：保證值。配合進行，按要求，注意安全調節(jié)時的上

8、行與下行。計算數(shù)據(jù)與讀數(shù)（原始數(shù)據(jù)記錄顯示的值）。注意有效數(shù)字。2.1.6實驗原始數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)記錄完整的原始數(shù)據(jù)記錄表、各參數(shù)的名稱、符號、計量單位、設備尺寸、大氣條件等。必須在實驗參數(shù)穩(wěn)定后才開始讀取數(shù)據(jù)，條件改變后也要待測定參數(shù)穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)，以防儀表 后等因素導致讀數(shù)不準。同一條件至少讀取兩次數(shù)據(jù)，兩次讀數(shù)相近時才能改變操作條件。每個數(shù)據(jù)記錄后，立即復核，防止讀錯寫錯。數(shù)據(jù)記錄要反映出儀表的精度，記錄至儀表最小分度以下一位數(shù)。實驗現(xiàn)象不正?；蛴涗浻忻黠@誤差時，應在備注欄中注明。2.1.7之后教師檢查原始數(shù)據(jù)并簽字，必須本組所有人在場，中途離開按不參加實驗處理。打掃衛(wèi)生。分組。2.1.

9、8上交報告兩周內完成實驗報告并統(tǒng)一上交。上交時簽字確認。2.1.9考核考核與報告答告電珠學生進入實驗室、點名，實驗結束后學生有一份指導教師簽名的原始數(shù)據(jù)表。指導教師根據(jù)學生回 問題、操作、原始數(shù)據(jù)記錄、實驗紀律及作風等方面給學生操作分。學生在試驗后一周內交一份實驗報告，其中附有指導教師簽名的原始數(shù)據(jù)表。指導教師根據(jù)實驗報 的情況給報告分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級。2.1.10成績期末時在計算機上進行一次考試，并給出成績。本化工原理實驗課的總成績:操作分30%實驗報告50%考試20%缺一次試驗或少一份實驗報告，總成績不及格?？偝煽儾患案裾?，下學年重修，沒有補交的機會。2.2安全要求2.2

10、.1人身安全2.2.1.1防火。不許在實驗室動火、吸煙、要熟悉消防器材的使用方法和存放位置。2.2.1.2安全用電（動力用電、加熱用電）必須了解室內總電閘與分電閘的位置，出現(xiàn)用電事故時及時切斷 源。2.2.1.3有毒藥品使用水銀。水銀不能直接暴露于空氣中，用汞的實驗室要經常通風。當有水銀落在地上，盡量將汞 回收，最后用硫粉覆蓋，并摩擦使之變?yōu)镠gS，亦可用KMnO4溶液使之汞氧化。2.2.1.4使用高壓鋼瓶，防止爆炸和漏氣。2.2.1.5 燙傷注意溫度，2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）則電機易燒毀。加熱設備通電之前，觀察塔液位置是否合符要求，冷卻水是否開。 壓調節(jié)器在

11、合閘之前一定處于零位狀態(tài)，試驗過程中停電時必須切斷電閘。_ 2N1.E動電機時,fW前先轉動一下電機WF上電啪立即查看電機是否轉若不轉動立即拉閘，否 電2.2.2設備安全，2.2.2.1遵守操作規(guī)程、實驗室賠償制度（40%60%）實驗操作中的一些問題，鍋爐干燒，液泛，泵反轉，轉子流量計，打破玻璃設備等。愛護實驗室的一切儀器財產，損環(huán)賠償。開關閥時要注意。防止跑料，跑水。3實驗報告要求3.1實驗報告組成部分3.1.1前言實驗報告的書寫要求實驗報告是對新測取的數(shù)據(jù)加以處理，對新觀察到的現(xiàn)象加以分析，從中找出客觀規(guī)律和內在的聯(lián)系。 主要包括以下內容：實驗名稱 要求簡潔、鮮明、準確。（第一頁的內容）。

12、實驗目的 為什么進行本實驗、要解決什么問題、達到什么目的。實驗的內容實驗原理、理論依據(jù)說明實驗基本原理、主要概念、重要的定律、公式及推算的重要結果，要準確充分。實驗裝置的流程示意圖簡單畫出裝置流程示意圖、測試點、主要設備、儀表、閥門的名稱與標號，標出圖名、與標號 應的設備儀器的名稱。實驗操作方法和注意事項根據(jù)實驗操作程序，按時間的先后分為幾個步驟，并在前面加上序數(shù)詞1、2、3以使條理更 為清晰。實驗步驟地劃分，一般多以改變某一組因素（參數(shù)）作為一個步驟，對與操作過程說明應簡單 明了。對于容易引起危險、損壞儀器、儀表或設備以及對實驗結果影響較大的操作，應在注意事項中 明，以引起注意。以泵的操作為

13、例說明（略）數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)是實驗過程中從測量儀表中所讀取的數(shù)值，要根據(jù)儀表的精度決定實驗數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。 讀取數(shù)據(jù)的方法要正確，記錄數(shù)據(jù)要準確，實驗數(shù)據(jù)記錄在原始數(shù)據(jù)記錄表格里。數(shù)據(jù)整理表和作圖數(shù)據(jù)整理是實驗報告的重點內容之一，要求將實驗數(shù)據(jù)整理加工成圖或表格、公式的形式。數(shù) 整理時應根據(jù)有效數(shù)字的運算規(guī)則進行。一般將主要的中間計算值和最后運算結果列在數(shù)據(jù)整理表格中 表格要精心設計，使其易于顯示數(shù)據(jù)的變化規(guī)律及各參數(shù)的相關性。為了更直觀的表達變量間的相互關系 有時采用作圖法（作圖要標準）。不經重復實驗，不得修改實驗數(shù)據(jù)，更不得偽造數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)整理計算過程舉例數(shù)據(jù)整理計算是以某一組原始數(shù)據(jù)為例，

14、把各項計算過程列出，以說明數(shù)據(jù)整理表中的結果是 何得到的。對實驗結果的分析和討論實驗結果的分析和討論十分重要，是作者理論水平的具體體現(xiàn)，是對實驗方法和結果進行的綜 分析研究。討論范圍僅限于與本實驗有關的內容。討論的內容包括從理論上對實驗所得結果進行分析和合理的解釋，說明自己的觀點和見解，說明其必然性。對實驗中的異?，F(xiàn)象進行分析與討論。2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）一 一 C.分析誤差大小的原因，如何提高測量精度。本實驗結果在生產實際中的價值和意義。由實驗結果提出進一步的研究方向或對實驗方法及裝置提出改進建議等。實驗結論結論是根據(jù)實驗結果所做出的最后判斷，得出的結論要

15、從實際出發(fā)，有理論根據(jù)。3.1.1.1實驗報告要求說明實驗報告的特點原始性實驗報告記錄所表達的實際數(shù)據(jù)比較原始，數(shù)據(jù)處理的結果通常用表或圖的形式表達 比較直觀。紀實性實驗報告的內容側重于實驗過程、操作方式、數(shù)據(jù)處理、分析方法、實驗現(xiàn)象、實驗 果的詳盡描述，一般不做深入的理論分析。試驗性實驗報告不強求內容的創(chuàng)新，即是實驗未達到預期的效果，甚至失敗，撰寫實驗報告 必須真實。3.1.2原理實驗基本原理，測量原理處理原理3.1.3原始數(shù)據(jù)表表頭列出物理量名稱、符號和計量單位。符號和計量單位之間用/”隔開，計量單位不宜混在數(shù)字 中。注意有效數(shù)字的位數(shù)，記錄數(shù)字與測量儀表準確度相匹配，位數(shù)不可過多、過少。

16、物理量很大或很小時，要用科學計數(shù)法表示。數(shù)據(jù)表應有表號和表名，同一表盡量不垮頁，必須跨頁時，在續(xù)頁上注明“續(xù)表”.數(shù)據(jù)表格要正規(guī)，數(shù)據(jù)書寫整齊，修改時用單線將錯誤劃掉，將正確地寫在下面。各實驗條件、記錄者的姓名寫在表的下面。（每組上交一份，每人報告上有一份）3.1.4數(shù)據(jù)處理表整理計算數(shù)據(jù)表（只表達主要參變量的計算結果，有時可以列出實驗結果的最終表達式）舉例EXCEL數(shù)據(jù)處理3.1.4.3程序數(shù)據(jù)處理（C，VB）3.1.5計算結果表3.1.6 圖圖的優(yōu)點：直觀、清晰、便于比較，容易得出數(shù)據(jù)的極值點、轉折點、周期性、變化率等。但也是容易出錯的地方3.1.6.1合理選擇坐標紙常用的坐標紙有普通直角

17、坐標紙，半對數(shù)坐標紙和雙對數(shù)直角坐標紙。區(qū)別，意義，及應用對數(shù)坐標紙的特點：某點與原點的距離為該點表示量的對數(shù)值，但是該點標出的量是某本身的數(shù)值 與普通坐標紙比較：1等比與等差，相同距離的意義；2、零點問題；3曲線與直線。（Y=X2） 再出現(xiàn)以下情況的一種或幾種時采用半對數(shù)坐標紙： 變量之一在研究范圍內發(fā)生幾個數(shù)量級的變化。自變量在由零開始逐漸增大的階段，自變量的微小變化引起因變量的極大變化。需要將某種函數(shù)變?yōu)橹本€關系，如。再出現(xiàn)以下情況的一種或幾種時采用雙對數(shù)坐標紙：自變量和因變量都發(fā)生幾個數(shù)量級的變化。需要將曲線開始部分展開。2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義(4學時)一 一

18、當需要將某種非線性關系變?yōu)榫€性關系時，如使用雙對數(shù)坐標紙應注意：坐標紙不允許調換方向使用坐標紙不允許隨意標定分度kA654坐標紙反用絕對錯誤321Illi111-坐標紙不允許不安規(guī)律隨意標定1234567896 7 8 9 10需要標清10的次方數(shù)。3.1.6.2坐標分度的確定坐標分度是每條坐標所能代表物理量的大小，即坐標軸的比例尺，如選擇不當會使圖形失真，導致錯 誤的結論。確定方法： 在已知x,y測量誤差D(x),D(y)的情況下，比例尺的取法通常是使2D(x),2D(y)形成的矩形近似為正方形，即2D(x)=2D(y)=2mm。X軸比例常數(shù)Mx21 u 21=M)=而y軸的比例常數(shù)My =

19、兩Q = D0若測量數(shù)據(jù)的誤差不知道，那么坐標軸的分度應與數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù)相匹配，即坐標讀數(shù)的 效數(shù)字位數(shù)與實際數(shù)據(jù)位數(shù)相同。一般情況下，坐標軸比例尺的確立，既不會因比例常數(shù)過大而失去實驗數(shù)據(jù)的準確度，又不會因比 常數(shù)過小而造成圖中數(shù)據(jù)點分布異常。3.1.6.3其它必須注意事項曲線光滑利用曲線板，使曲線通過盡可能多的實際點或使曲線以外的點盡可能均等的分布于曲 兩側。錯誤的處理方法坐標軸必須注明所代表物理量的名稱、符號和計量單位圖必須有圖號、圖名，必要時要有圖注不同線上的數(shù)據(jù)點，在圖上要用不同的符號標出(如o, *，A)3.1.6.4經驗公式的選擇及圖解法求公式中的常數(shù)利用半理論分析方法、純經

20、驗方法，由試驗曲線求經驗公式，經驗公式確立之后，就要按實際數(shù)據(jù) 公式中的常數(shù)。幕函數(shù)線性圖解 y = axb - lg y = a + b 1g x先求斜率先讀數(shù)后計算b在所標繪的直線上，取相距較遠的兩點讀取兩對值，然后按下式計算直線斜率。b =用 y2一用 1lg x2 - lg X2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）先測量后計算L 在兩坐標比例尺相同的情況下，可用直尺量出直線上相距較遠的1、2兩點之間的水平距離及垂直距離， 然后計算1、2兩點間垂直距離的實測值耳_阪1、2兩點間水平距離的實測值衣 F再求截距a = lg y - b lg x3.1.6.5圖中的注意事項

21、坐標坐標軸軸的標記，名稱，單位，數(shù)值大小3.1.7結論與討論得出的結論，科學的態(tài)度，肯定有原因，為什么？能分析最好。思考題分析誤差的原因顏色，分析是否符合書上的數(shù)據(jù)驗證型實驗 討論，如何提高精度，誤差的原因及改正。4實驗常用設備介紹4.1閥不同閥的使用，截止閥4.2泵，風機出口閥，旁通閥。4.3加熱4.4開關4.5電子儀表零點的問題，結合分點的問題 電子設備的準確性。4.6流量計4.7倒U形管演示5實驗數(shù)據(jù)處理方法5.1實驗誤差的估算與分析實驗研究的目的是期望通過實驗數(shù)據(jù)獲得可靠的有價值的實驗結果。而實驗結果是否可靠、是否準確、 是否真實地反映了研究對象的本質，不能只憑經驗和主觀臆斷，必須應用

22、科學的有理論依據(jù)的數(shù)學方法 以分析、歸納和評價。因此，掌握和應用誤差理論、統(tǒng)計理論和科學的數(shù)據(jù)處理方法是十分重要的。 5.1.1實驗誤差的分類與表達 5.1.1.1 分類實驗誤差根據(jù)其情況和來源分為三類:系統(tǒng)誤差、隨機誤差、過失誤差。系統(tǒng)誤差：由儀器誤差、方法誤差和環(huán)境誤差構成。即由儀器性能不佳、使用不當、操作不規(guī)范及 境的變化引起的誤差。以阻力實驗中測壓管路中氣泡的存在影響測試結果為例。系統(tǒng)誤差是實驗中潛在的弊病，若知其來源應設法消除。若無法在實驗中消除，則應先測出某值的 小規(guī)律，以便在數(shù)據(jù)處理中加以修正（如儀表的零點校正、溫度、液位等）。以阻力實驗中采集數(shù)據(jù)點分布不合理引起的誤差為例。隨機

23、誤差：隨機誤差是實驗中普遍存在的誤差。從統(tǒng)計學的角度看，這種誤差具有有界性、對稱性 抵償性，即誤差僅在一定的范圍內波動，不會發(fā)散。當實驗次數(shù)無限多時，正負誤差相互抵消，數(shù)據(jù)的 術平均值趨于真值。因此，不易也不必刻意的去消除它。過失誤差：過失誤差是由于實驗者主觀失誤所造成的誤差。這種誤差通常造成實驗結果的扭曲。在2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）,x（X -因清楚的情況下，應及時消除。若原因不明，應根據(jù)統(tǒng)計學的3。準則進行判別取舍（?？?rp-為標準誤差）。所謂的3。準則，即如果測定值Xi與其平均值的殘差Xi - X 3。，則該值為壞值，應予剔除5.1.1.2誤差的表達5

24、.2回歸分析法5.2.1回歸分析法的含義和內容回歸分析法是處理變量之間相互關系的一種數(shù)理統(tǒng)計方法，這種方法可以從大量觀測的散點數(shù)據(jù)中尋 找出能反映事物內部規(guī)律的統(tǒng)計點，并可以用數(shù)字模型表達出來，故稱它為回歸方程。線性回歸和非線性回歸回歸也稱擬合，對具有相關關聯(lián)的兩個變量，若用一條直線描述，稱一元線性回歸，=ax+b。對具有相關關系的三個變量（其中一個因變量，兩個自變量），若用平面描述，則稱二元線性回歸，y a x + a x + b1 12 2，若用曲線描述，則稱為二元非線性回歸。處理實際問題時往往將非線性問題轉化為線性問題來處理，建立線性回歸方程的最有效的方法為線 最小二乘法?；貧w分析法的內

25、容根據(jù)一組實測數(shù)據(jù)，按最小二乘法原理建立正規(guī)方程，解正規(guī)方程，得到變量之間的關系式，即回 方程式。判別所得回歸方程式的有效性回歸方程是通過數(shù)理統(tǒng)計方法得到的，是一種近似的結果，必須對其有效性作出檢測。根據(jù)一個或n個變量的取值，預測或控制另一個變量的取值，并確定其精確度。進行因素分析，分析各個變量的影響大小，可以分清各自變量的主次，找出各變量間的關系。5.2.2 一元線性回歸在取得兩個變量的實驗數(shù)據(jù)之后，在普通直角坐標紙上標出各個數(shù)據(jù)點，如果各點的分布近似一條 線，則可以考慮采用線性回歸方法來求其表達式。設定n個實驗點（x1,y1） , （x2,y2） （xn,yn）,其離散點如圖所示，可用一條

26、直線來表示它們的關y = a + bX，a、b為回歸系數(shù)。x=1 Ex,i=1，式中 x y - nx - y b =乙 x2 一 n(x)2iy ； i=1解方程得出回歸式中的a、b5.2.3回歸效果的檢驗只有兩變量是線性關系時，所回歸的方程才有意義，所以對回歸效果必須進行檢驗。先介紹離差、離差平方和、回歸平方和、殘差平方和、自由度及方差的概念。離差:實驗值yi與平均值y的差稱為離差n次實驗值七的離差平方和lyy =E i ）越大，說明yi的數(shù)值變動越大。2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義(4學時)且=我y )+(y y iiP- (y. - y)= 0= Z(y y) +Z(

27、y y +i=U + QZ 可證明(亍)煩 一 -)=0U = -J= +俱-叫回歸平方和，是回歸線上七與平均值y之差的平方和，描述Z%yi偏離y的分散程度。yiy= k 一+f 叫剩余平方和，代表實驗值yi與回歸線上yi之差的平方和或稱為殘差平方和。在總的離差平方和中，回歸平方和U所占的比重越大，殘差平方和Q所占的比重越小，誤差越小。5.3正交設計目的：為什么使用正交設計。什么情況下才能使用正交設計，還有什么其它的方法。單因素與多因素 實驗設計：根據(jù)確定的實驗內容，擬定一個確定的時間安排表，以指導實驗的進程，這項工作稱為實 驗設計。工程實驗里通常會涉及多變量、多水平的實驗設計，由于不同變量、

28、不同水平所構成的實驗點在操 可行域中的地位對實驗結果的影響程度不一樣。如何安排和組織實驗，用最少量的實驗獲取最有價值的 驗結果成為實驗設計的核心內容。實驗設計方法是決定數(shù)據(jù)收集的方法，主要討論如何合理的安排實驗，以及對所得數(shù)據(jù)的處理。實驗設計方法常用的術語和符號定義：實驗指標：作為實驗研究過程中的因變量，常為實驗結果特征的量，如過濾常數(shù)、傳熱系數(shù)、傳質 數(shù)、收率、純度、強度等。因素：指作為實驗研究過程中的自變量，如溫度、壓力、添加劑種類、催化劑用量、攪拌速度、反 時間、流量等。水平：值實驗中因素所處具體狀態(tài)，又稱等級。如 10C 25C 30C400ppm 800ppm5.3.1正交設計方法用

29、正交表安排多因素實驗的方法，稱為正交設計方法。此方法特點如下：比完成實驗所需的實驗次數(shù)少數(shù)據(jù)點的分布很均勻可用相應的極差分析方法、方差分析方法、回歸分析方法等對實驗結果進行分析，引出許多有價值 結論。水平因素 符號溫度TC壓力PMpa濃度C %1200.0252300.04103400.0615例某過程，對三個主要因素按三個水平進行實驗，尋找最適宜的操作條件因素水平。簡單比較法2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）9種試驗結果不可靠在m2最好時是有條件的，在P2、P3、T2、T3條件下m2不好的可能性是有的。改變m條件時，固定P2、P3、T2、T3也是可以的，是隨意的，數(shù)據(jù)

30、點分布不均勻。這種方法只對單個數(shù)據(jù)進行數(shù)值上的簡單比較，無法排除試驗數(shù)據(jù)誤差的干擾。正交實驗法正交實驗表試 驗號列表 因素TPm111112122231333421235223162312731328321393321由于正交表的設計有嚴格的數(shù)學理論為依據(jù)，從統(tǒng)計學的角度充分考慮了實驗點的代表性、因子水平 搭配的均衡性，以及實驗結果的精度等問題，所以用正交表安排實驗具有實驗次數(shù)少、數(shù)據(jù)準確、結果 信度高等優(yōu)點，因此在化學工程中經常采用。因素之間交互作用定義：如果因素T的數(shù)值和水平發(fā)生變化時，實驗指標隨因素P的數(shù)值變化的規(guī)律也發(fā)生變化，或 之，若因素P的數(shù)值或水平發(fā)生變化時，實驗指標隨因素T變化

31、的規(guī)律也發(fā)生變化，則稱因素T、P間: 交互作用，記為T*P.正交表各水平數(shù)相同的正交表允許進行三種變換表中任意兩列可互換表中任意兩行可互換同一列中任意兩種水平記號之間可互換正交表共有的特點在每一列中各個不同的數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)相同，每列都有三個水平，每個水平各出現(xiàn)三次。表中任意兩列并在一起形成的數(shù)字對，不同數(shù)字出現(xiàn)的次數(shù)也相同。從圖中也可以看出，任何一個平面上都有三個點，即任何一個因素的某個水平也出現(xiàn)三次。這兩個特點稱為正交性，由于正交表具有上述特點，就保證了用正交表安排實驗的方案中，因素的 平是均衡搭配的、數(shù)據(jù)點的分布式均勻的。從圖中可以看出每條直線上都有一個點?？梢娬槐戆才诺?驗，試驗次數(shù)少

32、、數(shù)據(jù)點分布均勻性極好。因數(shù)、水平越多，運用正交實驗設計方法減少實驗次數(shù)的效 就越明顯。6個水平，三個實驗，全面搭配需36=729次實驗，用正交實驗設計需要27次實驗?；旌险槐恚焊髁兴綌?shù)不相同的正交表在實驗指標、實驗因子和因子水平確定后，正交設計依如下步驟進行列出實驗條件表，即以表格的形式列出影響主要因子及對應的水平。選用正交表，因子水平一定時，應從實驗精度要求、實驗工作量及實驗數(shù)據(jù)三方面加以考慮。一般選表原則：正交表的自由度3各因子的自由度之和。其中正交表的自由怪實驗次數(shù)-1，因子自2011-2012第一學期化工原理實驗理論課講義（4學時）一度=因子水平數(shù)-1，交互作用自由度=A因子自由

33、度*B因子自由度。表頭設計，先安排有交互作用的單因子列，再安排兩者交互作用列，最后安排獨立因子列。正交試驗結果的極差分析方法：公式 計算項目公式1公式2公式3IjI1= y1 + y2I2= y1 + y3I3= y1 + y4IljII1= y3 + y4II2= y2 + y4II1= y2 + y3kjk1=2k2=2k3=2Ij / kjI1 / k1I2/ k2I3 / k3Ij / kjII1/ k1II2 / k2II3 / k3極差Djmax-minmax-minmax-min驗號列號X123實驗指標yi1111y12122y23212y34221y4說明：Ij 第j列1水平所

34、對應的實驗指標之和；Ilj 第j列2水平所對應的實驗指標之和；kj 第j列同一水平出現(xiàn)的次數(shù)（試驗數(shù)除以水平數(shù)）；Ij / kj 第j列1水平試驗指標的平均值；Ilj / kj第j列1水平試驗指標的平均值；Dj 第j列的極差，等于第j列各水平試驗指針平均值中最大減去最小。用極差分析結果引出以下幾個結論：在實驗范圍內，各列對實驗指標影響從大到小的排隊。某列的極差最大，表示該列的數(shù)值在實驗范 內變化時，使試驗指標數(shù)值變化最大。試驗指標隨各因素變化的趨勢。使試驗指標最好的適宜操作條件（適宜的水平搭配）。對所得的結論進一步研究方向的討論?；貧w方程的方差分析，通常采用F檢驗法。5.3.2選擇正交表的原則一般先確定實驗的因素，水平和交互作用，然后選擇適用的正交表。主要因素多安排幾個水平，次要 因素少安排幾個水平。先看水平數(shù)，各因素全是2因素，選用L （2*）表；各因素全是3因素，選用L （3*）表；各因素水